Принцип действия асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателятакже основан на использовании законов электромагнитной индукции и электромагнитных сил.

Есть только одно отличие: если в рассмотренных выше «элементарных» машинах (рис. 6.73) магнитное поле было неподвижным, а двигался проводник, то в асинхронном двигателе движутся (вращаются) как магнитное поле, так и проводники обмотки ротора.

Получение вращающегося магнитного поля

Если обмотку статора, соединённую звездой или треугольником, включить в сеть, в ней возникнет вращающееся магнитное поле.

 

 

Рис. 6.75. Расположение фазных обмоток на статоре асинхронного двигателя

 

Чтобы получить такое поле, надо одновременно выполнить два условия:

1. фазные обмотки на статоре должны быть сдвинуты по отношению друг к другу на угол 120º;

2. токи в этих обмотках должны быть сдвинуты по отношению друг к другу на угол 120º.

На рис. 6.75, а, фазная обмотка А состоит из проводников 1 и 4, обмотка В – проводники 2 и 5, обмотка С – проводники 3 и 6. При этом проводники 2, 4 и 6 соединены в общую точку, значит, обмотка статора собрана звездой.

Для выполнения 1-го условия обмотки размещают так, чтобы их проводники в пазах статора были смещены по отношению друг к другу на 120 пространственных градусов. Именно так смещены условные начала фазных обмоток – проводники 1, 3 и 5.

Для выполнения 2-го условия через эти обмотки должны протекать фазные токи, смещённые на 120 электрических градусов.

Напомним, что электрические градусы используются при изображении волновых (рис. 6.76, а) или векторных диаграмм.

Сам же сдвиг токов в линии электропередачи объясняется тем, что фазные обмотки 3-фазного генератора смещены по отношению друг к другу на угол 120 пространственных градусов (рис. 6.68).

Как следует из рис. 6.76, б, на статоре размещены три обмотки, проводники которых условно изображены в виде кружков.

В каждой обмотке эти проводники попарно находятся напротив друг друга, т.е. сдвинуты на 180 пространственных градусов, т.е. так же, как на рис. 6.75.

Пусть провода, изображенные вертикально, соединяют линейные провода А, В и С с началами обмоток.

Условимся, что если ток в фазной обмотке положителен, то он направлен так:

подходит из линии к началу обмотки, протекает по обмотке, после чего возвращается в линию через другую фазную обмотку (ведь эти обмотки соединены в звезду или треугольник).

Рассмотрим образование магнитного поля обмотки статора для начального момента времени, когда электрический угол = 0º (рис. 6.76, а).

В этот момент ток в фазе А отсутствует (), в фазе В – отрицателен ( < 0), в фазе С – положителен ( > 0).

Поэтому на нижнем рисунке ток в проводниках обмотки А не показан, в обмотке В направлен от конца (крестик) к началу (точка), в обмотке С направлен от начала (крестик) к концу (точка).

Рис. 6.76. Принцип получения вращающегося магнитного поля: волновая диаграмма фазных токов (а); обмотка статора с тремя фазными обмотками

 

В двух расположенных друг над другом проводниках слева токи направлены одинаково (крестик), и поэтому проводники охвачены одной общей магнитной силовой линией. Направление линии определено по правилу буравчика, в данном случае, по часовой стрелке.

Рассуждая аналогично, можно показать, что в двух других проводниках справа токи также направлены одинаково (точки), поэтому направление магнитной силовой линии – против часовой стрелки.

Таким образом, в средней части двигателя обе силовые линии направлены согласно и вертикально вниз, обозначая направление магнитного потока – сверху вниз.

Через треть периода переменного тока ( = 120º) магнитный поток повернется на 120 пространственных градусов (рис. 6.75, б, второй слева рисунок), через треть периода спустя ( = 240º) – ещё на 120 градусов (рис. 6.75, б, третий слева рисунок), и т. д.

Из рис. 6.76, б видно, что магнитный поток вращается по часовой стрелке.

При вращении этот поток пересекает проводники обмотки ротора и индуктирует в каждом из них ЭДС электромагнитной индукции

E = Blv.

Обмотка ротора выполнена в виде беличьего колеса, т.е. в ней проводники соединены накоротко через короткозамкнутые кольца и тем самым образуют замкнутую электрическую цепь.

Поэтому, под действием наведенной ЭДС, в проводниках станет протекать ток.

Вращающееся магнитное поле статора станет пересекать эти проводники с током, поэтому на них станет действовать электромагнитная сила

= BIl.

В результате ротор станет вращаться в том же направлении, в котором вращается магнитное поле обмотки статора (в данном примере – по часовой стрелке).

Если надо реверсировать двигатель, перебрасывают (меняют между собой) два любые линейные провода, например. А и В.

При этом изменится порядок чередования фаз. Например, если на рис.6.76, а этот порядок был А-В-С, то после переключения станет В-А-С.

Этот двигатель назван асинхронным, т. е. несинхронным, потому что электромагнитная сила действует на проводники только при условии, что они пересекаются движущимся магнитным полем.

В случае же, если скорости поля и ротора уравняются, вращающееся магнитное поле перестанет пересекать проводники ротора.

При этом в проводниках ЭДС, ток и электромагнитная сила исчезнут, и ротор станет отставать от поля.

Вновь магнитное поле станет пересекать проводники обмотки ротора, поэтому восстановятся ЭДС, ток и электромагнитная сила. Ротор начнет ускоряться.

На самом деле колебаний скорости ротора нет. Ротор вращается со стабильной скоростью, которая в обычных условиях меньше скорости магнитного поля.

Например, если при числе пар полюсов обмотки статора р = 1 скорость магнитного поля

= 3 000 об./мин.

то скорость ротора может составлять 2940 об./мин.

Если ты все разобрал и понял, то никакие схемы электротехники тебе не страшны!

Удачи тебе, курсант (студент)!

ПРИЛОЖЕНИЯ К РАЗДЕЛУ 6 «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА»